攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀與發(fā)展-展示頁
2024-08-20 08:52本頁面
【正文】 船領(lǐng)域,攪拌摩擦焊適用面很寬：船甲板、側(cè)板、船頭、殼體、船艙防水壁板和地板,船舶的上層鋁合金建筑結(jié)構(gòu),直升飛機(jī)起降平臺,離岸水上觀測站,船舶碼頭,水下工具和海洋運(yùn)輸工具,帆船的桅桿及結(jié)構(gòu)件,船上制冷設(shè)備用的中空擠壓鋁板等。該焊接設(shè)備以及工藝已經(jīng)獲得Det Norske Veritas和Germanischer Lloyd的認(rèn)可。下面列舉一些典型的應(yīng)用實例。2 攪拌摩擦焊在國外的發(fā)展攪拌摩擦焊作為一種輕合金材料連接的優(yōu)選焊接技術(shù)，已經(jīng)從技術(shù)研究，邁向高層次的工程化和工業(yè)化應(yīng)用階段,形成了一個新的產(chǎn)業(yè): 攪拌摩擦焊設(shè)備的制造、北歐的船舶制造工業(yè)、日本的高速列車制造等制造領(lǐng)域，攪拌摩擦焊得到了廣泛的應(yīng)用,均已形成新興產(chǎn)業(yè)。圖 2 攪拌摩擦焊的接頭形式攪拌摩擦焊接頭的疲勞性能一般都優(yōu)于熔焊接頭。例如,，F(xiàn)SW焊接頭性能比TIG焊高16％。圖2示出了多種典型的攪拌摩擦焊接頭形式，如多層對接、多層搭接、T形接頭、V形接頭、角接等。最近,.攪拌摩擦焊是長、直規(guī)則焊縫（平板對接和搭接）、3D結(jié)構(gòu)的焊接,如筒形零件的環(huán)縫和縱縫。1996年，用FSW技術(shù)解決了6～12毫米的鋁、鎂、~25毫米厚鋁合金板的攪拌摩擦焊，英國焊接研究所已經(jīng)能夠單道單面實現(xiàn)100毫米厚鋁合金板材的攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊可以較容易實現(xiàn)異種材料的連接，例如鋁合金和不銹鋼的攪拌摩擦焊接，利用攪拌摩擦焊可以較方便的實現(xiàn)鋁－鋼板材之間的連接和銅鋁復(fù)合焊接接頭?？梢院附幽壳叭酆浮安荒芎附印焙退^“難焊”的金屬材料如：AlCu(2xxx系列) 、AlZn(7xxx系列)和AlLi(如8090、2090 和2195鋁合金)等鋁合金。但是攪拌摩擦焊也有其局限性，例如：焊縫末尾通常有匙孔存在（目前已可以實現(xiàn)無孔焊接）； 焊接時的機(jī)械力較大，需要焊接設(shè)備具有很好的剛性；與弧焊相比,缺少焊接操作的柔性；不能實現(xiàn)添絲焊接。如圖1所示，攪拌摩擦焊過程中，一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件，攪拌頭和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生了摩擦熱，使攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化（焊接溫度一般不會達(dá)到和超過被焊接材料的熔點），當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動時，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密固相連接接頭。圖1示出了攪拌摩擦焊所用到的主要描述性術(shù)語。作為一種新型制造產(chǎn)業(yè),攪拌摩擦焊技術(shù)正在世界范圍內(nèi)興起！1 攪拌摩擦焊的技術(shù)特點攪拌摩擦焊作為一項新型焊接方法，用很短的時間就完成了從發(fā)明到工業(yè)化應(yīng)用的歷程。已經(jīng)有多個國家如：英國、美國、法國、德國、瑞典、日本和中國等, 把攪拌摩擦焊技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用的同時,～120項攪拌摩擦焊技術(shù)專利申請。2002年8月，美國月蝕航空公司利用FSW技術(shù)研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛機(jī)，并且首次試飛成功。在世界宇航制造領(lǐng)域，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實現(xiàn)了大型空間運(yùn)載工具如運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)等的大型高強(qiáng)鋁合金燃料貯箱的制造，波音公司的DELTA II型和IV型火箭已經(jīng)全部實現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造，并于1999年首次成功發(fā)射升空。如在船舶制造領(lǐng)域，在1996年攪拌摩擦焊就在挪威MARINE公司成功地應(yīng)用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件的流水線制造。關(guān)鍵詞：攪拌摩擦焊 鋁合金焊接 輕金屬焊接0 前言1991年,英國焊接研究所（The Welding InstituteTWI）發(fā)明了攪拌摩擦焊（Friction Stir WeldingFSW），這項杰出的焊接技術(shù)發(fā)明正在為世界制造技術(shù)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。焊縫末尾通常有匙孔存在（目前已可以實現(xiàn)無孔焊接）；焊接時的機(jī)械力較大，需要焊接設(shè)備具有很好的剛性；與弧焊相比,缺少焊接操作的柔性；不能實現(xiàn)添絲焊接；與普通MIG和TIG焊接技術(shù)相比較，最大的弱勢是成本較高、加工速度較慢。圖2示出了多種典型的攪拌摩擦焊接頭形式，如多層對接、多層搭接、T形接頭、V形接頭、角接等。攪拌摩擦焊是長、直規(guī)則焊縫（平板對接和搭接）、3D結(jié)構(gòu)的焊接,如筒形零件的環(huán)縫和縱縫。例如,，F(xiàn)SW焊接頭性能比TIG焊高16％。攪拌摩擦焊可以較容易實現(xiàn)異種材料的連接，例如鋁合金和不銹鋼的攪拌摩擦焊接，利用攪拌摩擦焊可以較方便的實現(xiàn)鋁－鋼板材之間的連接和銅鋁復(fù)合焊接接頭。迄今，在材料的厚度上，~100mm鋁合金材料的焊接；雙道焊可以焊接180mm厚的對接板材。1996年，用FSW技術(shù)解決了6～12毫米的鋁、鎂、~25毫米厚鋁合金板的攪拌摩擦焊。另外，攪拌摩擦焊對于鎂合金、鋅合金、銅合金、鉛合金以及鋁基復(fù)合材料等材料的板狀對接或搭接的連接也是優(yōu)先選擇的焊接方法；采用特殊的方法，攪拌摩擦焊還可以實現(xiàn)了不銹鋼、鈦合金甚至高溫合金的優(yōu)質(zhì)連接，不過成本較高。圖1攪拌摩擦焊原理示意圖雖然與攪拌摩擦焊相適應(yīng)的焊接新裝備和攪拌工具的發(fā)展也非?？欤瑸閷嵤嚢枘Σ梁腹に嚪桨福ㄈ缦龜嚢璩卓祝┘疤岣吒黝惒牧辖宇^的質(zhì)量，各種類別的新型攪拌摩擦焊接設(shè)備、自動化裝置及機(jī)器人攪拌摩擦焊機(jī)等相繼問世，但這些都是現(xiàn)有裝備技術(shù)的在摩擦攪拌焊接上的移植，攪拌摩擦焊的核心技術(shù)依舊在于攪拌摩擦頭。1,1 攪拌摩擦焊定義攪拌摩擦焊是一種在機(jī)械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。上海中集冷藏箱有限公司SCRC冷藏技術(shù)中心第 16 頁 共 16 頁攪拌摩擦焊一、攪拌摩擦焊的定義攪拌摩擦焊（Friction Stir WeldingFSW）是英國焊接研究所1991年的一項杰出的發(fā)明?？梢哉f，是焊接工藝上的一顆明星。如圖1所示，攪拌摩擦焊過程中，一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件，攪拌頭和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生了摩擦熱，使攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化（焊接溫度一般不會達(dá)到和超過被焊接材料的熔點），當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動時，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密固相連接接頭。二、攪拌摩擦焊的優(yōu)點摩擦攪拌頭結(jié)構(gòu)小巧，便于控制，使得攪拌摩擦焊能適合于自動化和機(jī)器人操作的優(yōu)點；對于有色金屬材料（如鋁、銅、鎂、鋅等）的連接,在焊接方法、接頭力學(xué)性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法無可比擬的優(yōu)越性，它是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型的新型連接技術(shù)。~6毫米的鋁合金板材焊接問題。2004年，英國焊接研究所已經(jīng)能夠單道單面實現(xiàn)100毫米厚鋁合金板材的攪拌摩擦焊。最近,。與傳統(tǒng)鎢極氬弧焊（TIG）和熔化極氬弧焊（MIG）焊接相比較，攪拌摩擦焊在接頭力學(xué)性能上據(jù)有明顯的優(yōu)越性。FSW焊接頭性能比TIG焊高22％.攪拌摩擦焊接頭性能數(shù)據(jù)一致性較好，工藝穩(wěn)定，焊接接頭質(zhì)量容易
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